JP2010046771A - 超砥粒ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図ると共に、工具自体の破損の可能性を低減する超砥粒ホイールを提供する。
【解決手段】超砥粒ホイール１は、円環形状の台金３と、台金３の外周表面に設けられた超砥粒層５と、を備えている。台金３は、円環形状の内側円板３１と、この内側円板３１の外側において内側円板３１に同心に設けられた円環形状の外側円板３３と、を有し、内側円板３１の材料は、外側円板３３の材料よりも、密度が大きく、熱膨張率が小さく、引張強度が大きくなるように選択される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超砥粒ホイールに関するものである。

従来、このような分野の技術としては、例えば、下記特許文献１に記載の研磨ディスクが知られている。この研磨ディスクは、台金と、台金の外周面に設けられた研磨材層とを備えている。そして、台金は、プラスチック製の円盤形状のベース部材とそのベース部材の外側に設けられた金属製環状部材とで構成されている。特許文献１では、このような構成の研磨ディスクにより、ガラスの端部を精度よく研磨しガラスの破損を低減することが提案されている。
特開平４−２１７４６２号公報

また、この研磨ディスクでは、台金の材料としてプラスチックと金属製部材とを組み合わせることにより、金属製台金を採用する場合よりも軽量化を図ることができる。このような研磨ディスクの構成を、超砥粒ホイールの軽量化に適用する場合を考えると、上記構成では、比較的重量が大きい金属製の環状部材が、回転軸線から離れた位置に存在しているので、この金属製環状部材の部分に作用する遠心力が比較的大きく、この遠心力に起因して台金に発生する応力が大きくなる。従って、この超砥粒ホイールの構成は、工具自体の破損防止の観点からは、好ましいものとは言えない。この種の超砥粒ホイールにおいては、取扱いを容易にするために軽量化が望まれると共に、工具自体の破損の可能性を極力低減することが要求される。

そこで、本発明は、軽量化を図ると共に、工具自体の破損の可能性を低減する超砥粒ホイールを提供することを目的とする。

本発明の超砥粒ホイールは、円板状の台金と、台金の外周縁部に設けられた超砥粒層と、を備える超砥粒ホイールであって、台金は、円環形状の第１の部材と、第１の部材の外側で当該第１の部材に同心に設けられた円環形状の第２部材と、を有し、第１の部材の材料は、第２の部材の材料よりも、密度が大きく、且つ熱膨張率が小さく、且つ引張強度が大きいことを特徴とする。

この超砥粒ホイールにおいて、台金は、第１の部材の外側に第２の部材が設けられた構造をなしている。第２の部材の材料は、第１の部材よりも密度が小さいので、台金全体を第１の部材の材料で形成する場合よりも、台金及びホイール全体を軽量化することができる。また、回転軸線から離れた第２の部材の密度を小さくすることで、回転時において第２の部材に作用する遠心力を小さくすることができ、回転時に台金に生じる応力を低減することができる。その結果、超砥粒ホイールの破損の可能性を抑えることができる。

また、回転軸線に近い第１の部材の引張強度を大きくすることで、上記遠心力により特に大きな応力が生じる回転軸線近傍の破損の可能性を抑えることができる。また、第１の部材の材料として、第２の部材よりも熱膨張率が小さい材料が用いられるので、台金全体を第２の部材の材料で形成する場合よりも、台金の熱膨張が小さく抑えられる。従って、工作中に超砥粒ホイールの温度が上昇した場合に、超砥粒層に発生する熱応力を小さくすることができ、超砥粒層の破損の可能性を抑えることができる。

また、第１の部材は、外周面から外側に張り出した接合用の外側鍔部を有し、第２の部材は、内周面から内側に張り出した接合用の内側鍔部を有し、外側鍔部と内側鍔部とは、厚み方向に重ね合わされ接合されていることとしてもよい。この場合、外側鍔部と内側鍔部とが、厚み方向に重ね合わされることにより、第１の部材と第２の部材との接触面積を大きくすることができ、両部材の接合力を強化することができる。また、第１の部材と第２の部材とは、外側鍔部と内側鍔部とを接合する接合部材によって接合されていることとしてもよい。このような接合部材によって、両部材の接合力をより強化することができる。

また、具体的には、第１の部材の材料は鉄であり、第２の部材の材料はアルミニウムであることとしてもよい。

本発明によれば、超砥粒ホイールの軽量化が図られると共に、工具自体の破損の可能性を低減することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る超砥粒ホイールの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１〜図３に示す超砥粒ホイール１は、いわゆるストレート型のホイールであり、回転軸線Ａを中心とする円板状の台金３と、当該台金３の外周面に円環形状に設けられた超砥粒層５とを備えている。この超砥粒ホイール１の台金３の中央には、回転駆動装置の回転軸が嵌着される軸穴３ａが設けられている。そして、超砥粒層５は、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素といった超砥粒（金属被覆された超砥粒を含む。）を含んでいる。これらの超砥粒は、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンド等により保持されており、或いは電着により保持されている。

上記台金３は、周方向の境界で２分割されており、回転軸線Ａを中心とした円環の板状をなす内側円板（第１の部材）３１、及びこの内側円板３１の外側に位置し円環板状をなす外側円板（第２の部材）３３の２部材により構成されている。詳細は後述するが、内側円板３１と外側円板３３とは、接着剤による接着及びボルト止めにより連結されている。この内側円板３１及び外側円板３３の材料は、次の条件を満たすように選択される。すなわち、内側円板３１の材料が、外側円板３３の材料よりも、密度が大きく、且つ熱膨張率（線膨張係数）が小さく、且つ引張強度が大きくなるように選択される。

この超砥粒ホイール１では、内側円板３１の材料として鉄（Ｓ４５Ｃ調質材）、外側円板３３の材料としてアルミニウム（４０３２−Ｔ６）が採用されており、上記条件を満たしている。なお、ここで用いられる鉄（Ｓ４５Ｃ調質材）は、密度７．８ｇ／ｃｍ^３、線膨張係数１１×１０^−６／Ｋ、引張強度８２８ＭＰａである。また、アルミニウム（４０３２−Ｔ６）は、密度２．６８ｇ／ｃｍ^３、線膨張係数１９．５×１０^−６／Ｋ、引張強度３８０ＭＰａである。

このように、超砥粒ホイール１では、台金３を円周方向の境界で内側と外側とに分割した２部材で構成し、外側円板３３の材料として、内側円板３１の材料である鉄よりも密度が小さいアルミニウムを採用している。従って、一体化された鉄製の台金を採用する場合に比較して、台金３を軽量化し超砥粒ホイール１全体を軽量化することができ、取り扱いの容易化を図ることができる。

また、台金３のうち回転軸線Ａから離れた外側円板３３が軽くなるように構成されることから、回転時において外側円板３３に作用する遠心力を小さくすることができ、台金３に生じる応力を低減することができる。その結果、超砥粒ホイール１の破損の可能性を抑えることができる。また、回転軸線Ａに近い内側円板３１の材料を、引張強度が大きい鉄とすることで、上記遠心力により特に大きな応力が生じる回転軸線Ａの近傍の破損の可能性を抑えることができる。

この種の超砥粒ホイールにおいては、更に軽量化を図るべく、台金全体をアルミニウム製とすることも考えられる。ここで、超砥粒ホイールが工作（ワークの研削処理）に用いられる場合を考えると、回転中の超砥粒ホイールには、ワークとの摩擦や空気との摩擦によって温度上昇が発生する。そして、台金３と超砥粒層５との熱膨張率の相違による熱応力が発生し、最悪の場合にはこの熱応力によって超砥粒層５が破損する可能性もある。一般的には、超砥粒層５は、金属に比較して熱膨張率が小さいものが多いので、特に、台金全体を熱膨張率が大きいアルミニウム製とすると、このような問題が発生し易い。

そこで、この問題に対応し、超砥粒ホイール１では、内側円板３１の材料として、外側円板３３の材料であるアルミニウムよりも熱膨張率が小さい鉄が用いられる。この構成により、台金３全体をアルミニウムで形成する場合よりも、台金３全体の熱膨張が小さく抑えられる。従って、工作中に超砥粒ホイール１の温度が上昇した場合に、超砥粒層５に発生する熱応力を小さくすることができ、超砥粒層５の破損の可能性を抑えることができる。

ここで、超砥粒ホイール１の温度が上昇した場合を考えると、アルミニウム製の外側円板３３の熱膨張が、鉄製の内側円板３１の熱膨張よりも大きいことから、内側円板３１と外側円板３３との接合部には、両部材を引き離そうとする応力が発生する。この応力により内側円板３１と外側円板３３とが剥離してしまうと、台金３全体の熱膨張を小さく抑える効果が十分に得られなくなり、超砥粒層５に発生する熱応力を小さくする効果が十分に得られない。従って、内側円板３１と外側円板３３との剥離を防止するために、両部材の間には強い接合力が必要である。そこで、この超砥粒ホイール１では、以下に説明する構成で、内側円板３１と外側円板３３とが接合されている。

内側円板３１の外周部及び外側円板３３の内周部には、互いに嵌合する段差が形成されている。すなわち、内側円板３１は、外周面から外側に張り出した接合用の外側鍔部３１ａを有しており、外側円板３３は、内周面から内側に張り出した接合用の内側鍔部３３ａを有している。そして、内側円板３１と外側円板３３との接合においては、外側鍔部３１ａと内側鍔部３３ａとが厚み方向（回転軸線Ａ方向）に重ね合わされるように上記段差同士が嵌合され、接着剤で接着されている。この構成により、内側円板３１と外側円板３３との接着面積を大きくすることができ、両部材の接合力を強化することができる。

更に、台金３では、外側鍔部３１ａ及び内側鍔部３３ａを厚み方向に貫通するボルト（接合部材）３５及びナット３６が用いられ、外側鍔部３１ａと内側鍔部３３ａとが、円周方向の等間隔の位置で締結されている。このように、ボルト３５のような台金３の厚み方向に延びる棒状の接合部材を採用することにより、内側円板３１と外側円板３３との接合力を更に強化することができる。以上のように、内側円板３１と外側円板３３との接合力を強化することによって、内側円板３１と外側円板３３との剥離が抑制される。その結果、台金３全体の熱膨張をアルミニウム台金よりも小さく抑える効果が確実に得られ、前述したような超砥粒層５の破損の抑制効果を確実に得ることができる。

なお、一般に、ビトリファイドボンドを用いた超砥粒層は、金属に比較して熱膨張率が小さく、熱応力による破損が問題になり易いので、台金３全体の熱膨張を小さく抑えることが、特に必要である。従って、上述したような台金３の構成は、ビトリファイドボンドの超砥粒層を有するホイールには、特に好適に採用することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、内側円板３１及び外側円板３３の材料の組み合わせは、鉄及びアルミニウムの組み合わせに限られない。すなわち、内側円板３１の材料が、外側円板３３の材料よりも、密度が大きく、且つ熱膨張率が小さく、且つ引張強度が大きくなるような組み合わせであれば、様々な組み合わせを採用することができる。また、内側円板３１と外側円板３３とは、接合部材としてのボルト３５及びナット３６を用いて締結されているが、台金３の厚み方向に延びる棒状の部材であれば、このボルト３５及びナット３６に代えて、他の部材（ピン又はリベット等）を用いて内側円板３１と外側円板３３とを接合させてもよい。また、台金３側にネジ山を形成することで、ナットを用いることなく、ボルト３５で内側円板３１と外側円板３３とを接合させることもできる。

本発明に係る超砥粒ホイールの実施形態を示す斜視図である。 図１の超砥粒ホイールのＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１の超砥粒ホイールの分解斜視図である。

符号の説明

１…超砥粒ホイール、３…台金、５…超砥粒層、３１…内側円板（第１の部材）、３１ａ…外側鍔部、３３…外側円板（第２の部材）、３３ａ…内側鍔部、３５…ボルト（接合部材）。

Claims (4)

1. 円板状の台金と、前記台金の外周縁部に設けられた超砥粒層と、を備える超砥粒ホイールであって、
   前記台金は、
   円環形状の第１の部材と、
   前記第１の部材の外側で当該第１の部材に同心に設けられた円環形状の第２部材と、を有し、
   前記第１の部材の材料は、
   前記第２の部材の材料よりも、密度が大きく、且つ熱膨張率が小さく、且つ引張強度が大きいことを特徴とする超砥粒ホイール。
2. 前記第１の部材は、外周面から外側に張り出した接合用の外側鍔部を有し、
   前記第２の部材は、内周面から内側に張り出した接合用の内側鍔部を有し、
   前記外側鍔部と前記内側鍔部とは、厚み方向に重ね合わされ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の超砥粒ホイール。
3. 前記第１の部材と前記第２の部材とは、前記外側鍔部と前記内側鍔部とを接合させる接合部材によって接合されていることを特徴とする請求項２に記載の超砥粒ホイール。
4. 前記第１の部材の材料は鉄であり、前記第２の部材の材料はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超砥粒ホイール。

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